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Introduction à Arduino

VOUS AVEZ DIT ARDUINO ?

Arduino

est une plate-forme de prototypage d'objets interactifs à usage créatif constituée d'une carte électronique et d'un environnement de programmation

Sans tout connaître ni tout comprendre de l'électronique, cet environnement matériel et logiciel permet à l'utilisateur de formuler ses projets par l'expérimentation directe avec l'aide de nombreuses ressources disponibles en ligne.

VOUS AVEZ DIT ARDUINO ?

Pont tendu entre le

monde réel et le monde numérique , Arduino permet d'

étendre

les capacités de relations humain/machine ou environnement/machine

Arduino

est un projet en source ouverte (open source)

: la communauté importante d'utilisateurs et de concepteurs permet à chacun de trouver les réponses à ses questions.

Arduino en résumé

Une carte électronique

Un environnement de

programmation

Une communauté qui échange

http://arduino.cc/

Historique

Les créateurs : des artistesau sens premier du terme Leur objectif : Processing pour le Hardware !Qu'est ce que

Processing

-un langage de programmation et un environnement de développement créé par Benjamin Fry et Casey Reas, deux artistes américains.

-particulièrement adapté à la création plastique et graphique interactive

-Le logiciel fonctionne sur Macintosh, sous Windows et sous Linux, car il est basé sur la plate-forme Java - il permet d'ailleurs de programmer directement en langage Java.

Pourquoi ? -Matériel robotique excessivement cher

Arduino : une philosophie

Le matériel est " open source » :-On peut le copier, le fabriquer et le modifier librement. Le logiciel est libre :-On peut l'utiliser et le modifier librement. Sur l'Internet, on trouve :-Une communauté d'utilisateurs. -Des guides d'utilisation. -Des exemples. -Des forums d'entraide.

Avantages

Pas cher !

Environnement de programmation clair et simple

Multiplate-forme

: tourne sous Windows, Macintosh et Linux. Nombreuses bibliothèques disponibles avec diverses fonctions implémentées. Logiciel et matériel open source et extensible. Nombreux conseils, tutoriaux et exemples en ligne (forums, site perso, etc.) Existence de " shield » (boucliers en français)

C'est quoi " pas cher » ?

Prix d'une carte Arduino Uno = 25 euros

Logiciel = 0 euros

Support et assistance = 0 euros (forums)

Domaine d'utilisation

Physical computing

: Au sens large, construire des systèmes physiques interactifs qui utilisent des logiciels et du matériel pouvant s'interfacer avec des capteurs et des actionneurs

Électronique industrielle et embarquée

Art / Spectacle

Domotique

Robotique

Modélisme

DIY (Do-It-Yourself), Hacker, Prototypage, Education, Etc.

La carte électronique Arduino

FTDI USB Chip

La schématique électronique

Qu'est ce qu'un microcontrôleur ?

µcontrôleur :

circuit intégré qui rassemble les éléments essentiels d'un ordinateur processeur , mémoires (mémoire morte et/ou programmable pour le programme, mémoire vive pour les données), unités périphériques et interfaces d'entrées-sorties

Ils sont fréquemment

utilisés dans les systèmes embarqués, comme les contrôleurs des moteurs automobiles, les télécommandes, les appareils de bureau, l'électroménager, les jouets, la téléphonie mobile, etc.

Qu'est ce qu'un microcontrôleur ?

Un microcontrôleur intègre sur un unique die (circuit intégré) : un processeur

(CPU), avec une largeur du chemin de données allant de 4 bits pour les modèles les plus basiques à 32 ou 64 bits pour les modèles les plus évolués ;

de la mémoire vive (RAM) pour stocker les données et variables ; de la mémoire pour stocker le programme : ROM (mémoire morte) et/ou EPROM, EEPROM, Flash ;

souvent un oscillateur pour le cadencement. Il peut être réalisé avec un quartz, un circuit RC ou encore une PLL

1 ;

1 : Phase-Locked Loop ou boucle à phase asservie, ou encore boucle à verrouillage de phase

Qu'est ce qu'un microcontrôleur ?

des périphériques, capables d'effectuer des tâches spécifiques. On peut mentionner entre autres :-

les convertisseurs analogiques-numériques (CAN) ( donnent un nombre binaire à partir d'une tension électrique les convertisseurs numériques-analogiques (CNA) ( effectuent l'opération inverse les générateurs de signaux à modulation de largeur d'impulsion (MLI, ou en anglais,

PWM pour Pulse Width Modulation

les timers/compteurs (compteurs d'impulsions d'horloge interne ou d'événements externes), les chiens de garde (watchdog), les comparateurs (comparent deux tensions électriques), les contrôleurs de bus de communication (UART, I²C, SSP, CAN, FlexRay, USB, Ethernet, etc.).

CAN = ADC (Analog-to-Digital Converter)

CNA = DAC (Digital-to-Analog Converter)

liaison série = UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)

Analogique vers numérique

Résolution :

le nombre de niveaux de sortie que l'ADC peut reproduire

Fréquence d'échantillonnage :

le nombre de mesures par unité de temps

Par exemple avec une résolution

de 8 bits sur un signal variant entre 0V et 5V, le nombre de niveaux est de 2

8 et donc la résolution en volt est de (5-0)/(2

8) soit environ 19,53125 mV

En pratique, on considère que

les bits de poids faibles ne sont pas assez précis. Si on omet 2 bits, on arrive à 78,125mV

Numérisation

Prenons un exemple pratique:-une fréquence d'échantillonnage de 10Kéch./s -une résolution de 10 bits (par échantillon) -une mémoire RAM de 2Ko

10Kéch./s, soit 100Kbits/s soit 12,5Ko/s

Ce qui signifie qu'on ne peut récupérer que 2/12,5=160ms

Les solutions ?-Réduire la fréquence d'échantillonnage si le phénomène à observer ne requière pas une telle précision temporelle

-Réduire la résolution si une approximation plus grande est admise -Augmenter la mémoire : si c'est une mémoire rapide, pas de problème

si c'est un support externe, plus lent, on va rater des événements (des mesures) le temps d'écrire.

Heureusement, pour nous, la température à observer variera lentement.

éch = échantillon ou sample en anglais

Notre Arduino : le Uno

Micro contrôleur : ATmega328

Tension d'alimentation interne = 5V

tension d'alimentation (recommandée)= 7 à 12V, limites =6 à 20 V Entrées/sorties numériques : 14 dont 6 sorties PWM Entrées analogiques = 6 (avec une résolution de 10 bits => 1024 valeurs différentes)

Courant max par broches E/S = 40 mA

Courant max sur sortie 3,3V = 50mA

Mémoire Flash 32 KB dont 0.5 KB utilisée par le bootloader

Mémoire SRAM 2 KB

mémoire EEPROM 1 KB

Fréquence horloge = 16 MHz

Dimensions = 68.6mm x 53.3mm

Arduino Uno SMD(ou CMS en français pour Composant Monté en Surface) La carte s'interface au PC par l'intermédiaire de sa prise USB.

La carte s'alimente par le jack d'alimentation (utilisation autonome) mais peut être alimentée par l'USB (en phase de développement par exemple).*Bootloader : un petit programme chargé sur le microcontrôleur. Il permet de charger le code sans programmateur. Il est activé quelques secondes lorsque la carte est " resetée ». Ensuite, il démarre le sketch (programme) qui a été chargé sur le microcontrôleur.

Des capteurs

Encore des capteurs

Toujours des capteurs

ETC.

Attention au fonction régissant un

capteur analogique après la conversion

Capteurs analogiques et numériques

Parmi les capteurs que nous venons de voir, il existe :-des capteurs analogiques pour lesquels le signal devra être numérisé par le CAN du microcontrôleur. Il nous appartiendra de faire appliquer la loi régissant la mesure.

-des capteurs numériques qui ont leur propre CAN embarqué. Il gère eux même la loi régissant la mesure. La communication avec ces capteurs se fait souvent selon un protocole particulier (I2C, 1-wire, etc.).

Par exemple le DHT11

Quelques actionneurs

Breadboard (Planche à pain ... pour le prototypage) Élément essentiel pour le prototypage et essai en tout genre

Breadboard : exemple d'utilisation

1 photorésistance

Différents shields

Existence de " shields » (boucliers en français) : ce sont des cartes supplémentaires qui se connectent sur le module Arduino pour augmenter les possibilités comme par exemple : afficheur graphique couleur, interface ethernet, GPS, etc...

Des shields

Encore des shields

ETC.

Le shield Wireless SD

Communications sur le shield

En général on fonctionne sur une

communication série (RX/TX).

On utilisera la bibliothèque Serial ou

SoftwareSerial sur Arduino.

C'est très simple !

Et ici c'est modulaire !

Différents autres modules

Programmons notre Arduino

Le langage Arduino est basé sur le C/C++.-Le langage de programmation d'Arduino est en effet une implémentation de Wiring (une plate-forme open source similaire de physical computing qui proposait elle-même une bibliothèque appelée Wiring qui simplifie les opérations d'entrée/sortie).

Un programme Arduino est aussi appelé un sketch.

Structure d'un programme

Prise en compte des instructions de la partie déclarative Exécution de la partie configuration (fonction setup()),

Exécution de la boucle sans fin (fonction loop()): le code compris dans la boucle sans fin est exécuté indéfiniment.

Finalement similaire au code suivant sur PC :

int main() {setup();while(true)loop();}

Le code minimal

Avec Arduino, nous devons utiliser un code minimal lorsque l'on crée un programme. Ce code permet de diviser le programme que nous allons créer en deux grosses parties.

void setup() //fonction d"initialisation de la carte //contenu de l"initialisation void loop() //fonction principale qui se répète (s"exécute) à l"infini //contenu du programme

La syntaxe du langage

Voir aussi la section reference

http://www.arduino.cc/reference

La syntaxe du langage

L'environnement de développement

Attention la barre d'outils n'est pas la même dans notre version !

L'environnement de développement

Vérifier (Verify) : vérifier les erreurs dans le code Charge (Upload) : compiler le code et charge le programme sur la carte Arduino

Nouveau (New) : créer un nouveau sketch

Ouvrir (Open) : ouvrir un des sketchs déjà présentquotesdbs_dbs28.pdfusesText_34

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